软岩巷道底板底鼓控制技术研究

曹 路

（山西汾西矿业集团灵北煤矿，山西 灵石 031300）

在采动动压影响下，软岩巷道容易出现较大变形（主要表现为底鼓、顶板下沉）[1-2]。软岩巷道围岩变形量过大轻则影响材料运输、行人正常通过；重则出现顶板冒落事故，制约矿井安全高效生产[3]。为此众多的研究学者对采用理论分析、数值模拟、现场实测等各种技术措施对软岩巷道变形进行分析，并提出采用注浆锚杆、锚索强化围岩控制、围岩卸压等各种方式控制软岩巷道底板变形[4-7]。由于不同矿井间地质条件存在明显差异，为此文中以山西某矿10206 运输巷底鼓控制为工程研究对象，在对底鼓发生原因分析基础上，提出采用围岩卸压、强化支护等措施控制底鼓变形，现场取得较好应用成果。

1 工程概况

山西某矿10206 运输巷设计长度1 690 m、矩形断面，采用EBZ-260 综掘机掘进，巷道主要用以10206 工作面行人、运输以及通风工作。10206 运输巷与邻近的10202 采空区间留设有宽度15 m 的护巷煤柱，具体巷道位置关系见图1 所示。10206 运输巷沿着10 号煤层底板掘进，10 号煤层厚度3.1 m，中间夹杂有1～2 层炭质泥岩矸石。10 号煤层直接顶为9 号煤与泥岩互层，厚度总计3.2 m，9 号煤厚度0.3～0.6 m，赋存不稳定，全区不可采；基本顶为K2灰岩，较为坚硬，厚度平均7.3 m；直接底为炭质泥岩、砂质泥岩互层，厚度平均0.89 m；基本底为粉砂岩，厚度平均8.3 m。10206 运输巷为典型的软岩巷道。

图1 巷道位置关系示意图

10206 运输巷净宽、净高分别为5.0 m、3.1 m，断面积为15.5 m2，采用锚网索支护控制围岩变形。顶板布置6 根规格Φ20 mm×2 400 mm 螺纹钢锚杆、顶板布置2 根规格Φ22 mm×7 300 mm 钢绞线锚索，巷帮均布置3 根Φ20 mm×2 400 mm 螺纹钢锚杆。在10206 综采工作面回采期间，10206 运输巷出现不同程度底鼓问题，在一定程度上制约采面生产，需要针对性对底鼓进行防治。

2 底鼓原因分析

在10206 综采工作面推进过程中10206 运输巷出现严重的底鼓问题，整体变形量较大。为了掌握底鼓变形破碎范围，采用CHK7.2（B）成像仪对底鼓位置岩层变形进行窥视，发现

当在距离巷道底板0.138 m 位置处岩层相对稳定，此位置未出现破坏；在与底间距0.589 m 位置，巷道底板岩层出现较大破坏，岩层已失去抗变形能力。通过钻孔窥视发现，底板岩层承载能力不足、围岩应力集中以及原有支护参数设计不合理等因素是导致底板底鼓发生的主要原因。

1）10206 运输巷底板岩层直接底以炭质泥岩、砂质泥岩为主，岩层中夹杂有伊利石、高岭土等软岩，遇水容易风化变形，从而降低岩体承载能力。

2）围岩应力集中。10206 运输巷与邻近的10202采空区间有15 m 护巷煤柱。在本煤层采动动压、邻近采空区侧向应力等综合作用下10206 运输巷围岩会出现一定程度的应力集中，由于巷道顶板、巷帮等均有支护，使得围岩应力向底板转移，从而导致巷道底板出现一定程度底鼓。

3）围岩支护参数不合理。10206 运输巷现有的支护措施未对底板进行任何加固，底板岩层控制仅依靠巷帮位置两根斜插的锚杆，有效提高底板岩层承载能力以及抗变形能力。

3 底鼓防治技术

从上述分析看出，导致10206 运输巷底鼓主要原因时巷道围岩为软岩、围岩应力集中以及底板未进行针对性支护。因此，可从降低围岩应力集中程度、强化底板岩层承载能力等方面出发对软岩巷道底鼓进行治理。

3.1 围岩卸压技术

为了降低10206 运输巷围岩应力集中程度，提出采用水力压裂方式切断采空区与运输巷顶板间应力传递路径，从而适当降低10202 采空区侧向应力给运输巷影响，避免应力集中向巷道底板岩层中转移。在10206 运输巷靠近煤柱侧按照10 m 间距布置水力压裂钻孔，钻孔向10202 采空区方向施工，倾角均为55°，钻孔孔深为25 m、孔径为65 mm，具体水力压裂钻孔布置见图2 所示。

图2 水力压裂钻孔布置示意图

钻孔施工完毕后进行封孔、压裂，封孔深度为5.0 m，压裂压力控制在30～60 MPa，预计单孔注入水量为1.9 t。

3.2 底鼓补强加固措施

将巷道顶板锚杆间排距有原有的900mm×900mm缩短至800 mm×800 mm，锚杆数量增加至7 根；锚索间排距由1 500 mm×1 800 mm 缩短至1 400 mm×1600mm。巷帮锚杆间距保持不变，排距缩小至800mm，数量由3 根保持不变，在靠近底板位置补打一根锚索，按照15°俯角施工。

在10206 运输巷底板上施加反底拱，底拱高度、厚度分别为400 mm、300 mm，材料为C30 混凝土。同时在巷道底板上按照800 mm×800 mm 间排距施工7 根锚杆，锚杆施工完毕后在对底板进行整体喷浆，喷浆采用的混凝土强度为C20、喷浆厚度为80 mm。具体巷道底板补强加固设计见图3 所示。

图3 巷道底板补强加固设计图（mm）

3.3 底鼓防治效果分析

在10206 运输巷采用围岩卸压、底板补强加固措施后，对运输巷围岩变形量进行监测，具体结构见图4 所示。

图4 巷围岩变形量监测结果

从图4 中看出巷道围岩在监测的前18 d 内变形量较大，后续随着时间增加围岩变形量最终趋于稳定。监测发现运输巷顶板、底板以及巷帮变形量最终稳定在26 mm、17 mm、13 mm，围岩变形量整体较小，底鼓变形量控制在了13 mm 以内。10206 运输巷围岩变形量不会给采面煤炭运输、行人以及通风等造成不利影响。

4 结论

1）软岩巷道由于围岩自身承载能力较差，在掘进支护后容易出现较大变形，从而给巷道后续使用带来影响。10206 运输巷为典型的软岩巷道，巷道在后续使用过程中出现不同程度的底鼓问题，给运输巷正常行人、通风以及煤炭运输等工作开展带来一定制约。

2）对导致10206 运输巷底鼓原因进行分析，并从降低围岩应力集中、强化底板岩层控制方面提出底鼓防治措施，具体为通过水力压裂技术切断10202采空区与10206 运输巷间应力传递路径，从而减少运输巷围岩应力集中；通过反拱、施工底板锚杆、喷浆等措施增强底板岩层承载能力及稳定性。

3）现场应用后，10206 运输巷底板底鼓量控制在13 mm，底鼓变形量整体较小，不会影响后续使用。